AVALIAÇÃO AGRONÔMICA DA DISPONIBILIZAÇÃO DE NITROGÊNIO À CULTURA DE FEIJÃO SOB SISTEMA DE SEMEADURA DIRETA
ERALDO AUGUSTO DE CARVALHO
Tese apresentada à Escola Superior de Agricultura ‘‘Luiz de Queiroz’’, Universidade de São Paulo, para obtenção do título de Doutor em Agronomia, Área de Concentração: Fitotecnia.
P I R A C I C A B A Estado de São Paulo - Brasil
ERALDO AUGUSTO DE CARVALHO Engenheiro Agrônomo
Orientador: Prof. Dr. DURVAL DOURADO NETO
Tese apresentada à Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, para obtenção do título de Doutor em Agronomia Área de Concentração: Fitotecnia.
P I R A C I C A B A Estado de São Paulo - Brasil
DadosInt er nacionais de Cat alogação na Publicação (CIP) DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - ESALQ/ USP
C a rva lho , Era ld o Aug usto d e
Ava lia ç ã o a g ro nô m ic a d a d isp o nib iliza ç ã o d e nitro g ê nio à c ultura d e fe ijã o so b siste ma d e se m e a d ura d ire ta / Era ld o Aug usto d e C a rva lho . - - Pira c ic a b a , 2002.
63 p .
Te se (d o uto ra d o ) - Esc o la Sup e rio r d e Ag ric ultura Luiz d e Q ue iro z, 2002. Bib lio g ra fia .
1. Ad ub a ç ã o nitro g e na d a 2. Fe ijã o 3. Fixa ç ã o d e nitro g ê nio 4.
Ino c ula ç ã o 5. Se m e a -d ura d ire ta 6. Se m e nte 7. Siste m a d e p ro d uç ã o I. Título
C DD 635.652
Aos meus filhos CÉSAR AUGUSTO, TATIANE e ERALDO AUGUSTO, pela compreensão;
Ao meu pai SEBASTIÃO DE CARVALHO (In Memoriam) e à
minha mãe MARIA AUGUSTA DE CARVALHO, por terem ensinado à criança o caminho onde deve andar;
AGRADECIMENTOS
Ao professor Dr. Durval Dourado Neto, pelo exemplo de vida, companheirismo e inestimável auxílio prestado na elaboração do presente trabalho;
Ao Professor Dr. José Dias Costa, pela amizade e incentivo;
Ao Professor Dr. Tomaz Caetano Ripoli, pelo apoio e amizade;
Ao Professor Dr. Antônio Luiz Fancelli por ter sido o arquiteto na montagem deste trabalho;
Aos Professores Dr. Steven R. Temple e Dra. Leisa Huyck, Universidade da Califórnia, Davis (EUA), pelo incentivo, amizade e grande auxílio prestado no desenvolvimento deste trabalho;
Aos professores Scarlet Hubber, Dr. Ford R. Denison, Dr. J. H. Richards, Dr. Paul Gepts, Dr. Chris Van Kessel, University of California, Davis (EUA), pelas preciosas informações prestadas;
Ao Dr. Douglas Calazans e Miguel Leuzzi pelo apoio;
Aos amigos do curso de pós-graduação Flávio Murilo Pereira da Costa, Marcos Palhares, Márcio Augusto Soares, Roseli Fátima Caseiro, Luiz Carlos Timm, André Souza Lacerda, Wulf Schmidt pela carinho e amizade;
Aos funcionários Maria Aparecida Teixeira Soledade, Ilze Helena Cândida de Gaspari das Neves, Sílvia Borghesi, Maria Ivete Monteiro de Almeida pelo ajuda;
À Escola Superior de Agronomia de Paraguaçu Paulista e à Fundação Gammon de Ensino, pela cooperação;
À Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, pela oportunidade oferecida;
LISTA DE TABELAS ... ix
LISTA DE SÍMBOLOS ... xi
RESUMO ...xiii
SUMMARY ... xv
1 INTRODUÇÃO ...1
2 REVISÃO DE LITERATURA ...6
2.1 Fixação biológica de nitrogênio ...6
2.2 Inoculação ...8
2.3 Nitrogênio mineral e inoculação ...13
2.4 Disponibilidade de nitrogênio ...15
3 MATERIAL E MÉTODOS ...20
3.1 Caracterização geral da área e do genótipo ...20
3.2 Delineamento experimental e descrição dos tratamentos ...21
3.3 Preparo do solo e tratos culturais ...21
3.4 Avaliação agronômica ...22
3.5 Análise econômica ...23
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ...25
4.1 Avaliação agronômica no florescimento ...25
4.1.1 Massa de matéria seca de parte aérea ...25
4.1.2 Teor de nitrogênio na planta...29
4.1.3 Números de nódulos por planta...29
vi
4.2 Avaliação Agronômica na colheita ...32
4.2.1 Massa de matéria seca de raiz ...32
4.2.2 Massa de matéria seca de nódulos...33
4.2.3 Número de vagens por planta e número de grãos por vagem ...35
4.2.4 Massa de 100 sementes e rendimentos de grãos ...36
4.3 Sistema de semeadura direta ...37
4.4 Análise econômica ...42
5 CONCLUSÕES ...47
aos principais fatores que exercem influência no controle na fixação de
N2 em leguminosas nos diferentes sistemas de produção. ... 18
2 Massa de matéria da parte aérea (MSpa, g.pl-1) nos tratamentos sem adubação nitrogenada em cobertura (excluindo a testemunha). ... 26
3 Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) nos tratamentos em que as sementes não foram inoculadas com RL, Co e Mo na semeadura... 27
4 Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) nos tratamentos que apresentaram média superior... 27
5 Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) no tratamentos T3, T5 e T7 que tiveram em comum adubação nitrogenada... 28
6 Número médio de nódulos por planta em todos os tratamentos. ... 30
7 Índice de utilização de nitrogênio (IUN, %) nos diferentes tratamentos. ... 31
8 Massa de matéria seca de raiz (MSr, g.pl-1) nos diferentes tratamentos. ... 33
9 Massa de matéria seca de nódulos (MSn, mg.pl-1) nos diferentes tratamentos. ... 34
10 Número médio de vagens por planta (Nv) e número médio de grãos por vagem (Ng) nos diferentes tratamentos... 35
11 Rendimento de grãos (Rg, kg.ha-1) nos diferentestratamentos... 37
12 Rendimento de grãos (Rg, kg.ha-1) em função da adubação nitrogenada nos tratamentos T1, T8 e T9... 41
viii
14 Variação temporal de preço do saco de feijão (Brandalizze Consulting,
2 Descrição dos tratamentos especificando o produto comercial
(Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoly - RL, nitrato de amônio - NA -
na semeadura - S - e em cobertura - C), e a dose. ... 21 3 Histórico da área (rotação de culturas sob sistema de semeadura direta). ... 23 4 Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) do feijoeiro (cv.
Pérola), teor de nitrogênio (Tn, g.kg-1) na planta e número de nódulos (Nn) por planta no florescimento (estádio fenológico R6) referentes aos
nove tratamentos. Piracicaba, SP. 1999. ... 25 5 Massa de matéria seca de raízes (MSr) e de nódulos (MSn), número
médio de vagens por planta (Nv) e de grãos por vagem (Ng), massa de 100 grãos (M100) e rendimento de grãos (Rg) do feijoeiro, cv. Pérola,
inoculado com Rhizobium leguminosrum bv. Phaseoly, Co e Mo nos
diferentes tratamentos. ... 32 6 Comparação entre os rendimentos (valores absolutos - Rg - e relativos -
Rr) referentes à cultura de feijão no tratamento T1 com os
tratamentosT2, T4 e T6 e os tratamentos T3, T5 e T7. Piracicaba, SP.
1999... 39 7 Comparação entre os rendimentos (valores absolutos - Rg - e relativos -
Rr) referentes à cultura de feijão no tratamento T8 com os tratamentos
T2, T4 e T6 e os tratamentos T3, T5 e T7. Piracicaba, SP. 1999... 39
x
tratamentosT2, T4 e T6 e os tratamentos T3, T5 e T7. Piracicaba, SP.
1999... 40 9 Coeficientes técnicos (U, unidade.ha-1) de produção de feijão referentes
aos diferentes tratamentos (T1 a T9). Piracicaba, SP. Dezembro de 1999... 42
10 Custos unitário (CU, US$.unidade-1) e total (US$.ha-1) de produção de feijão referentes aos diferentes tratamentos (T1 a T9). Piracicaba, SP.
Dezembro de 1999. ... 43 11 Rendimento de grãos (Rg, kg.ha-1), preço (Pr, US$.kg-1), receita bruta
(RB, US$.ha-1), custo total (CT, US$.ha-1), receita líquida (RL, US$.ha-1), índice de lucratividade (IL, %), da cultura de feijão conduzidos em todos os tratamentos. Piracicaba, SP. Dezembro de
Ca Cálcio
CESSR Contribuição especial à seguridade social rural Co Cobalto
CO Custo operacional de produção CT Custo total de produção CTC Capacidade de troca catiônica
ESALQ Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” FBN Fixação biológica de nitrogênio
IL Índice de lucratividade
IUN Índice de utilização de nitrogênio K Potássio
Mg Magnésio MO Matéria orgânica Mo Molibdênio
xii
MSr Massa de matéria seca de raiz N Nitrogênio
N2 Gás nitrogênio
NA Nitrato de amônio P Fósforo
Pl Planta
Rg Rendimento de grãos RB Receita bruta
RL Receita líquida
RL Rhizobium leguminosarum bv. phaseoly
S Enxofre
SB Soma de bases
SSD Sistema de semeadura direta Ti Tratamento i (i = 1 a 9)
Orientador: Prof. Dr. DURVAL DOURADO NETO
RESUMO
A combinação de nove tratamentos (T) foi utilizada com o objetivo de fazer uma avaliação agronômica da disponibilização de nitrogênio (N) na produção de feijão, quando inoculado com Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoly (RL), cobalto (Co) e
molibdênio (Mo), conduzidos sob sistema de semeadura direta (SSD). T1 disponibilizou
N através do solo, T2 através da inoculação das sementes com RL (400 g por 50 kg de
sementes) imediatamente antes da semeadura, T3 através da inoculação das sementes
com RL e adubação nitrogenada em cobertura (60 kg.ha-1) (ANC60), utilizando como
fonte de N o nitrato de amônio (NA) contendo 33% de N, T4 através inoculação das
sementes com Co e Mo (116 g.ha-1), produto formulado contendo 1,5% de Co e 10,0% de Mo, T5 através da inoculação das sementes com Co e Mo e ANC60, T6 através da
inoculação das sementes com Co, Mo e RL, T7 através da inoculação das sementes com
Co, Mo e RL e ANC60, T8 através de ANC60, T9 através da adubação mineral na
semeadura com NA (20 kg.ha-1) e ANC60. A área escolhida localiza-se no município de
xiv
nessa área nunca foram inoculadas com bactérias fixadoras de N. O solo foi amostrado na camada de 0,0-0,2 m anualmente, de 1994 a 1999, mostrando evolução dos atributos químicos do solo. Os parâmetros utilizados na análise foram: número de nódulos, massa de matéria seca de raízes, nódulos, e parte aérea, número de vagens por planta, número de grãos por vagem, massa de 100 grãos, teor de nitrogênio na planta, índice de utilização de nitrogênio (IUN), coeficientes técnicos e custo de produção total, índice de lucratividade (IL) e rendimento de grãos (Rg). Os resultados evidenciaram que o T7 é
Adviser: Prof. Dr. DURVAL DOURADO NETO
SUMMARY
To evaluate the nitrogen (N) availability to common bean grain yield under no tillage system (SSD) after inoculation with Rhizobium leguminosarum bv. phaseoly
(RL), cobalt (Co) and molybdenum (Mo), nine treatments (T) were used. T1 supplied N
from the soil, T2 supplied N through the inoculation of the seed prior to sowing with RL
(400 g per 50 kg of seeds), T3 supplied N through the inoculation of the seed prior to
sowing with RL and additional N was also added using a top dressing with 60 kg.ha-1 of ammonium nitrate (NA) with 33% of N (ANC60), T4 supplied N through inoculation of
the seed prior to sowing with Co and Mo (116 g.ha-1) using a formulated product containing Co (1.5%) and Mo (10.0%), T5 supplied N through inoculation of the seed
prior to sowing with Co and Mo and ANC60, T6 supplied N through inoculation of the
seed prior to sowing with Co and Mo and RL, T7 supplied N through inoculation of the
seed prior to sowing with Co and Mo and RL and ANC60, T8 supplied N through using a
top dressing, T9 supplied N using NA in the sowing (20 kg.ha-1) and ANC60. The field
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practiced since 1993, and the crop had never been inoculated with N fixing bacteria. The soil was sampled annually at 0.0 to 0.2 m depth, from 1993 to 1999, showing evolution in the soil chemical attributes. The following agronomic parameters related to common bean crop were used for statistical analysis: the number of nodules, roots and nodules dry biomass, shoot dry biomass, number of pods per plant and grains per pod, and 100 grains mass, the plant nitrogen content, the nitrogen utilization index (IUN), the technical crop production coefficients, the total production cost, the profitability index (IL) and grain yield (Rg). The results showed that T7 was an alternative to make nitrogen
das terras cultiváveis do mundo (FAO, 1992). As leguminosas constituem a base da dieta humana no terceiro mundo. A cultura de feijão (Phaseolus vulgaris L.), no Brasil,
é a quarta em extensão de área semeada e a sexta em valor de produção (Teixeira & Rocha, 1988). A produção brasileira de feijão está estacionada em torno de 2,2 milhões de toneladas (Vieira, 1989), com um rendimento médio de 467 kg.ha-1,
aproximadamente com 20% do total mundial (FAO, 1992).
A cultura de feijão tem sido implantada em novas áreas, dentre as quais destaca-se a região Noroeste de São Paulo, Sul de Mato Grosso, Goiás, Minas Gerais, Tocantins e Mato Grosso do Sul, utilizando-se irrigação e insumos modernos (Ferreira et al.,
2000). Apesar disso, nos últimos anos houve uma redução na oferta de feijão no mercado, provavelmente decorrente da baixa produtividade da cultura. Um dos fatores mais limitante à produtividade do feijoeiro é a baixa disponibilidade de nutrientes no solo, sobretudo fósforo e nitrogênio (Polidoro et al., 1998).
No Brasil, o feijão é freqüentemente cultivado em terras ácidas e de baixa fertilidade, condições que agem negativamente sobre mineralização da matéria orgânica e a produtividade (Diaz-Romeu et al., 1970; Malavolta, 1972). Apesar disso, o Brasil, no momento é o maior produtor mundial de feijão do gênero Phaseolus com área de 5,0
milhões de hectares correspondendo a 3,0 milhões de toneladas (Fancelli & Dourado Neto, 1999).
2
não é economicamente viável em razão de seus custos (Silva et al., 1976; CIAT, 1978;
Vargas et al., 1991) e do baixo rendimento.
O sistema convencional (SC) e o sistema de semeadura direta (SSD) são no momento os sistemas de produção mais utilizados pelos agricultores brasileiros na cultura de feijão. Caracterizado pelo uso de adubação mineral nitrogenada e pelo preparo do solo com arados e grades de diferentes tipos e dimensões, o SC pode resultar na desagregação e degradação do solo em condições tropicais e subtropicais, e poluição de águas subterrâneas pela infiltração do nitrato (NO3-). Nesse sistema, são ainda
observados problemas de (a) espelhamento e compactação do solo, (b) desgaste de implementos, e (c) grande dispêndio de combustível. Assim, o SC passa ter conotação de não ecológico, poluente, não sustentável e não protetor do solo. O SSD envolve o não revolvimento do solo, a manutenção dos resíduos culturais na superfície do solo e a rotação de culturas. O SSD é uma prática cultural que pode ser utilizada com sucesso na cultura de feijão.
Desde 1970, o SSD vem sendo utilizado no Brasil com significativa contribuição no controle da erosão (Mondardo, 1978; Derpersch et al., 1994; Blevins et al., 1997) e
aumento do teor de matéria orgânica do solo (Sidiras & Pavan, 1994; Thomas, 1990; Sá, 1997; e Kinsella, 1997). A introdução do SSD no Brasil, no início da década de 1970, foi um grande avanço em direção à sustentabilidade do sistema agrícola, promovendo a melhoria da qualidade do solo e aumentando o potencial produtivo. Estima-se que 32% da área cultivada com grãos no Brasil (cerca de 13,5 milhões de ha) é manejada no SSD, sendo que 70,5% está localizada na região Sul do país. Alguns problemas inerentes à sua plena utilização têm sido levantados, tais como: (a) qualificação dos agricultores, (b) custo elevado de máquinas, e (c) falta de estudos relativos à dinâmica de nutrientes no SSD, principalmente o nitrogênio.
A inoculação das sementes com Rhizobium, cobalto (Co) e molibdênio (Mo),
como fonte de nitrogênio à cultura de feijão no SSD, constitui-se em um importante fator a ser utilizado na redução dos custos de produção e conseqüente incremento na receita (Ferreira et al., 2000). As leguminosas quando eficientemente noduladas,
encontradas nas folhas. Em condições de deficiência de molibdênio, esse tende a se acumular apenas nos nódulos, em detrimento das outras partes da plantas (Vidor & Peres, 1988). Em alguns solos, o conteúdo total e solúvel de molibdênio é baixo e somente a calagem não é capaz de suprir as exigências das plantas (Bataglia et al.,
1975). Como a quantidade de molibdênio requerida pela planta é pequena, a sua aplicação via semente, através da inoculação, pode se constituir na forma mais prática e econômica de adubação (Vidor & Perez, 1988). Essa deficiência de Mo no solo afeta o sistema de fixação biológica de nitrogênio (FBN - processo caracterizado pela conversão do nitrogênio gasoso - N2 - em nitrogênio amoniacal disponível à planta). Os primeiros
sintomas na planta lembram a deficiência de nitrogênio, caracterizada pelo amarelecimento generalizado da planta (Vidor & Peres, 1988).
No Brasil, a prática de inoculação do feijoeiro dentro do SSD é ainda recente, carecendo de informações técnicas no sentido de caracterizar a sua aplicabilidade e economicidade.
A agricultura sustentável (AS), ou gerenciamento harmônico da produção agrícola, emergiu nas últimas duas décadas constituindo-se no novo desafio da agricultura nesses últimos anos. Isso trouxe a promessa de aumentar a lucratividade e os benefícios ao ambiente. Avanços na agricultura sustentável requer incremento na utilização da FBN como maior fonte de nitrogênio para as plantas.
O grupo NifTAL, no Havaí, constatou respostas variadas nas leguminosas em função do local e da espécie, quando tentaram estabelecer modelos matemáticos que permitissem predizer a resposta de uma leguminosa à inoculação em função dos rizóbios existentes no solo. A inoculação resultou em significativo aumento da produtividade do feijoeiro em apenas 50% das vezes, principalmente em solos com baixa população de rizóbios específicos (inferior a 100 rizóbios por g de solo) (Thies et al., 1991).
Em trabalho subseqüente, os mesmos autores (Thies et al., 1991) observaram
que, na ausência de rizóbios naturalizados nos solos, a magnitude de resposta à inoculação foi diretamente proporcional à disponibilidade de N no solo.
4
humanidade, principalmente quando os prognósticos apontam para uma duplicação da população mundial e uma demanda triplicada de produção de alimentos nos próximos cinqüenta anos. Um dos requisitos para o sucesso da AS é o conhecimento da variabilidade do solo para o manejo eficiente de aplicação de fertilizantes.
Não é realístico considerar AS em uma visão abrangente na ausência do aproveitamento do nitrogênio atmosférico (N2) através da fixação biológica (FBN),
como uma das alternativas para o suprimento de nitrogênio para as plantas nos diferentes sistemas de produção. Inúmeras são as vantagens de suprir as planta com nitrogênio oriundos da fixação biológica (FBN). Destaca-se entre outras vantagens: (a) o baixo custo, que a torna acessível aos produtores; (b) a inexistência de problemas ambientais normalmente causados pelo uso de insumos agrícolas; e (c) a abundância de nitrogênio gasoso na atmosfera (fonte praticamente inesgotável).
Além disso, o uso de micronutrientes, tais como Co e Mo, a adoção de práticas administrativas consistentes e sistemas de produção não poluentes e econômicos são também igualmente importantes. Pesquisa é necessária para aperfeiçoar a agricultura sustentável. Estudos têm revelado aumento da produtividade da cultura de feijão através da FBN, obtendo-se rendimentos de até 1600 kg.ha-1 (Döbereiner & Duque, 1980).
Ênfase na FBN tem sido dada (Brockwell & Bottomley, 1995; Brockwell et al.,
1995; e Streeter & Smith, 1998) com diferentes abordagens: estirpes e competitividade (Triplett & Sadowsky, 1992; e Maier & Triplett, 1996), fixação de N2 em diferentes
práticas culturais (Peoples & Herridge, 1990; Peoples & Craswell, 1992; e Peoples et al., 1995ab), indicando que a FBN e a dinâmica de N nas leguminosas é a chave da agricultura sustentável no mundo. Isso indica que, dentre outras, quatro são as formas de fornecer nitrogênio às plantas de feijão dentro do SSD: (a) naturalmente pelo solo, (b) inoculação da semente com Rhizobium, (c) inoculação da semente com cobalto (Co) e
molibdênio (Mo), e (d) adubação nitrogenada com fertilizante mineral sintetizado industrialmente.
A adoção da prática da inoculação por parte dos agricultores vai depender dos retornos líquidos econômicos. Porém, quando houver redução nos custos de produção e aumento no rendimento, a receita líquida será maximizada e o risco da exploração será minimizado.
O presente trabalho teve por objetivo avaliar a disponibilização de nitrogênio à cultura de feijão, sob sistema de semeadura direta, em função (a) da inoculação da semente com cobalto, molibdênio e Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoly e (b) da
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Fixação biológica de nitrogênio
Umas das alternativas para o suprimento de N para a planta de feijão é a FBN (Freire & Kolling, 1986), processo caracterizado pela conversão do nitrogênio gasoso (N2) em nitrogênio amoniacal (NH3) disponível para a planta.
As vantagens da FBN são várias, dentre elas, destacam-se: (a) o baixo custo, que a torna acessível aos produtores, (b) a inexistência dos problemas ambientais normalmente causados pelo uso de insumos agrícolas (Bock & Herbert, 1991); e (c) a abundância de nitrogênio gasoso na atmosfera e uma fonte praticamente inesgotável. Na natureza, a FBN e realizada por determinados grupos de microorganismos procarióticos. Dentre esses organismos fixadores de nitrogênio, destaca-se um grupo de particular importância, constituído pelas bactérias dos solo da família Rhizobiaceae, pertencente
aos gêneros Bradyrhizobium, Azorhizobium e Rhizobium, denominados genericamente
de rizóbios (Jordan, 1984). Os rizóbios caracterizam-se pela capacidade de interação simbiótica com o sistema radicular de leguminosas, por meio de formação de estruturas denominadas nódulos radiculares (Jordan, 1984). Assim que a simbiose é estabelecida, a planta fornece fotoassimilados a bactéria, recebendo em troca produtos nitrogenados provenientes da fixação de N2 tais como; aminoácidos e ureídeos (Schubert, 1986).
Assim, características de nodulação e eficiência simbiótica na fixação do N2 pode
ter sido negligenciados no período de domesticação do Phaseolus e no processo de
melhoramento, dando-se maior atenção apenas as características agronômicas do material de interesse, puramente comercial. A capacidade de nodulação e a capacidade fixar nitrogênio atmosférico em leguminosas são eventos, distintos e complexos, com respostas muito variáveis no caso do feijão. Geralmente, as estirpes nativas ou selecionadas de rizóbio são ineficientes e incapazes de suprir as necessidades de nitrogênio, durante todo o ciclo de crescimento da planta (Graham & Halliday, 1976; Graham & Rosas, 1977; Westermann & Kolar, 1978; Rennie & Kemp, 1983; Redden et al., 1990; Vargas et al., 1991). A eficiência da FBN é influenciada não só pela variedade
do feijão e pela estirpe de rizóbio, como também pela interação entre os simbiontes (Pacovski et al., 1984; Hungria & Ruschel, 1992). Esses resultados evidenciam a
importância de se considerar tanto a estirpe de rizóbio quanto a variedade de feijão, nos programas visando a otimização da FBN, no sistema rizóbio-leguminosa.
Outro aspecto relacionado com a eficiência do processo de FBN, no sistema rizóbio-feijão, e a disponibilidade de carbohidratos para os nódulos, tanto em quantidade como em qualidade. Na época de formação das vagens, a planta diminui o fluxo de carbohidratos para os nódulos, limitando a FBN (Lawn et al., 1974). Variedades com
maior capacidade de manter a constância do fluxo de carbohidratos para os nódulos tem se mostrado mais eficientes nesse processo de fixação (Graham & Halliday, 1976; Adams et al., 1978). Assim, alterações na eficiência fotossintética da planta podem
afetar indiretamente o processo de FBN. Estudos realizados no Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT, 1975, 1976, 1978), demonstraram que as variedades de
Phaseolus vulgaris de maturação tardia apresentavam tendência a maior acúmulo de
nitrogênio fixado simbioticamente.
8
capacidade de fixar nitrogênio (Graham, 1981). Esse fato pode ser explicado com base no período necessário ao desenvolvimento radicular, no início do crescimento da planta, e a senescência dos nódulos na fase de enchimento dos grãos (Ruschel et al., 1982;
Rennie & Kemp, 1983). Sob condições de dias longos do Canadá, Rennie & Kemp (1983) observaram que o sistema simbiótico de rizóbio e variedades de feijão de maturação tardia foram eficiente na FBN. Entretanto, em sistema simbiótico envolvendo variedades de feijão de maturação precoce, os mesmos autores verificaram que algumas variedades foram ineficientes no processo de fixação biológica do nitrogênio. Morrison & Baird (1987), utilizando-se plantas não trepadoras, de habito de crescimento determinado e indeterminado, verificaram que o tempo necessário para o estabelecimento dos nódulos não variou para os dois tipos de planta. A duração da simbiose parece estar relacionada com o ciclo de crescimento dos feijoeiro, como nos genótipos de habito de crescimento indeterminado. Os programas de melhoramento, tem como meta principal a obtenção de estirpes de Rhizobium de elevada eficiência,
entretanto poucos trabalhos têm sido direcionados para melhoramento da planta hospedeira em resposta a nodulação. Além disso, a seleção do feijoeiro e seu cultivo em terras férteis pode ter tido uma seleção negativa, em relação a capacidade de nodulação e fixação de N2 em genótipos domesticados de feijão (Kaplan, 1965; Gentry, 1969; Pereira
& Bliss, 1987; Gepts et al., 1988; Pereira, 1990).
2.2 Inoculação
O nitrogênio é o nutriente requerido em maior quantidade pela cultura de feijão comum. Sabe-se que, para atingir produtividade de 1,5 t.ha-1 de grãos são necessários 101 kg N.ha-1 dos quais 33% são exportados da lavoura pelo grãos e vagens (Malavolta & Lima Filho, 1997). As três fontes de fornecimento dessas doses elevadas de N são: (a) o solo, principalmente pela decomposição da matéria orgânica; (b) os fertilizantes nitrogenados; e (c) o processo de fixação biológica do nitrogênio atmosférico (N2).
da matéria orgânica e perdas de N, resultando em solos com teores pobres desse nutriente, entre 0,05 e 0,30% de N. A preservação da matéria orgânica com uma relação C/N adequada é importante para a manutenção dos organismos do solo, sem os quais a sustentabilidade dos sistemas agrícolas são inviáveis. Os fertilizantes nitrogenados representam a forma assimilada com maior rapidez pelas plantas, mas a um custo elevado. O processo industrial que transforma o N2 em amônia (NH3) requer hidrogênio
derivado de gás de petróleo, catalisador de ferro, altas temperaturas (300 a 600ºC) e altas pressões (200 a 800 atm). O gasto de fontes energéticas não renováveis é calculado em seis barris de petróleo por tonelada de NH3 sintetizada e o principal agravante na
utilização dos fertilizantes nitrogenados reside na baixa eficiência de sua utilização pela plantas, raramente ultrapassando 50%.
Isso significa que a metade dos fertilizantes nitrogenados aplicados na agricultura são perdidos por lixiviação (lavagem no perfil do solo), pela denitrificação (transformação do NO3- em N2 e NO22-) e pela volatilização do NH3. A terceira fonte de
N para a cultura de feijão e a FBN (Endo, 1986) realizado por algumas bactérias especificas (Bradyrhizobium, Azorhizobium e Rhizobium) denominadas genericamente
de rizóbios (Jordan, 1984), que habitam livremente no solo. O N2 constitui 80% dos
gases atmosféricos, que também se difundem pelo espaços porosos dos solo, nenhum animal ou planta consegue quebrar a tripla ligação entre os dois átomos de N2, que é
uma das mais fortes que se tem notícia na natureza. O feijoeiro teve origem na América onde os povos andinos já utilizavam dessa leguminosa na alimentação. Theophrastus (370¯285 a.C.) citado por Fred et al. (1932), escreveu "o feijão é o melhor revigorador
dos solos, não é opressivo, aduba o solo, porque a planta cresce e apodrece facilmente". O aumento do pH dos solo favorece: (a) a fixação simbiótica do N2, por
influenciar o crescimento das raízes, (b) a absorção da água e de nutrientes, (c) a atividade da bactéria responsável pela fixação do N2, apesar dessa fixação não ter sido
suficiente para a maioria das variedades manterem sua produção (Fancelli & Dourado Neto, 1999). Saito et al. (1982) relataram que a inoculação das sementes com estirpes
10
desenvolvimento de simbioses eficientes, tendo em vista a sobrevivência e competição pelo sítios de nodulação na planta, entre estirpes nativas e introduzidas.
Brockwell et al. (1982) sugeriram que algumas das causas das respostas
negativas à inoculação, em condições de campo, tem sido: (a) a baixa qualidade dos inoculantes, decorrente da queda na taxa de sobrevivência da bactéria no veículo utilizado; (b) o uso de estirpes de baixa competitividade com estirpes de rizóbio nativas; e (c) a baixa adaptação das estirpes introduzidas as condições ambientais do local de introdução. Piha & Munns (1987), comparando o efeito da inoculação, em casa de vegetação, de estirpes nativas e selecionadas em feijão, verificaram que nenhuma das variáveis de produção e de fixação de nitrogênio avaliadas foi afetada negativamente pelas estirpes nativas. Isso significa, que o baixo desempenho dos feijões cultivados no campo não pode ser atribuído ao efeito da competição com o rizóbio nativo pelo sítios de nodulação na planta. O processo de nodulação é controlado geneticamente pela leguminosa e pelo rizóbio hospedeiro (Nutman, 1969).
A simbiose rizóbio-hospedeiro depende da compatibilidade genética de ambos, sendo que a planta hospedeira desempenha papel preponderante nos estágios iniciais da nodulação (Nutman, 1969; Nutman, 1981; Pereira & Bliss, 1987). A nodulação pode ser considerada uma doença (bacteriose) benéfica (Sequira, 1984).
Staples & Toenniessen (1981) consideraram que o número de nódulos por planta fornece a medida da maior ou menor susceptibilidade do hospedeiro a infecção por bactérias do gênero Rhizobium; entretanto, o número de nódulos por planta é um
componente hereditário em determinadas leguminosas, incluindo a soja (Glycine Max)
(Weber,1966). Thies et al. (1991) concluíram que a resposta de leguminosas a inoculação foi fortemente afetada pelo número de rizóbios já estabelecido no solo, pela disponibilidade de N no solo, e pela demanda N pela colheita (coeficiente de correlação igual a 0,92) e que o número de rizóbios já estabelecidos no solo podem explicar 59% da variação observada em tentativas de resposta a inoculação.
Singleton & Tavares (1986) também observaram declínio na inoculação quando o número de rizóbios foi superior a 20 indivíduos por g de solo para amendoim (Arachis
hypogaea), cowpea (Vigna unguiculata), feijão (Phaseolus vulgaris), soja (Glycine
max), e feijão de lima (Phaseolus lunatus). Os rizóbios podem sobreviver
saprofiticamente prolongados períodos no solo. Uma vez que os rizóbios já se estabeleceram no solo, parece improvável que a planta se beneficiaria da inoculação pela forte competitividade existente entre eles.
Brockwell & Bottomley (1995) concluíram que a prática da inoculação será benéfica para os agricultores, quando houver incremento no rendimento de grãos, no conteúdo de proteína e na quantidade de nitrogênio no solo (Stevenson & Van Kessel, 1997).
A fixação de N2 em leguminosas tem focalizado a seleção de estirpes de rizóbios
de alta capacidade de infecção das raízes, porém, variação significante em efetividade entre as estirpes selecionadas foi observada (Hobbs & Mahon, 1982; Rennie & Rennie, 1988; Graham & Temple, 1984; Bremer et al., 1990; Bliss, 1993; Carter et al., 1995;
Rosas et al., 1998). Além disso, variabilidade genotípica que afeta componentes de
produtividade como, massa e número de nódulos, ou atividade da nitrogenase foi observada dentre as espécies de leguminosas (Wani et al., 1995). Assim sendo, quando
existe a presença de uma numerosa população indígena no solo, a seleção de rizóbios pode esconder qual é o mais efetivo, entre uma gama extensiva de genótipos (Bliss & Miller, 1988; Herridge & Rose, 1994). Quando os níveis iniciais de N no solo são baixos, a planta terá um demorado período de “demanda” por N podendo reduzir o rendimento, nodulação e fixação de N2 (Eaglesham et al., 1983).
Outro fato importante está relacionado com a resposta ao Co e ao Mo, tendo como conseqüência o incremento na produtividade (Gurley & Giddens, 1969; Lips et al., 1973). A calagem tem sido considerada uma prática suficiente para o suprimento do molibdênio para as culturas, por torná-lo disponível para as plantas, em conseqüência da elevação do pH do solo, que promove liberação de íons de Mo adsorvidos na superfície dos óxidos de ferro e alumínio (Stout et al., 1951; Hodgson, 1963; Leeper, 1970). Em
12
não é capaz de suprir as exigências das plantas (Bataglia et al., 1975). No caso de
culturas fixadoras de nitrogênio, como o feijão, que possuem demanda adicional de Mo para o complexo da nitrogenase, tem-se observado a necessidade de doses elevadas de calcário para a otimização da produtividade.
Mengel (1994) concluiu que a atividade nitrogenase e um processo flexível que ajusta a demanda da planta por N, e parte dessa resposta, tem sido associada a maior liberação de Mo do solo e, portanto ao melhor suprimento de nitrogênio as plantas (Sedberry Júnior et al., 1973, Lantmann et al., 1985; Burmester et al., 1988; Adams et
al., 1990).
Parker & Harris (1977) observaram que uma variedade não nodulante de soja respondia ao N mineral na presença ou na ausência de Mo, com incrementos na produção e no teor de N nas folhas. Por outro lado, uma variedade de soja não nodulante somente respondia ao N mineral na ausência de Mo. Se a quantidade de Mo no solo é suficiente par atender o metabolismo normal da planta a o mecanismo de fixação de N, as plantas de soja não respondem a adubação mineral com nitrogênio. Mas, uma ligeira deficiência de Mo no solo afeta o sistema FBN, e os primeiros sintomas na planta lembram a deficiência de nitrogênio, caracterizado pelo amarelecimento generalizado da planta (Vidor & Peres, 1988). Nesta situação os sintomas podem ser corrigidos tanto com o fornecimento de nitrogênio como de Mo (De Mooy et al., 1973; Parker & Harris,
1977).
O teor de Mo na semente é fator determinante na resposta à produção, principalmente em solos deficiente desse nutriente. Assim, adequado conteúdo de Mo na semente pode garantir níveis elevados de produtividade no feijão, mesmo em solos deficientes nesse nutriente.
Pesquisa tem mostrado que o decréscimo na atividade da nitrogenase sob condições de seca ocorre em dois estágios. No primeiro estágio, ocorre diminuição da permeabilidade do nódulo, limitando o suprimento de oxigênio ao bacteróide restringindo a respiração e resultando em simultâneo decréscimo na atividade da nitrogenase (Sprent, 1976; Durant et al., 1987; Walsh, 1995). O segundo estágio ocorre
pode ser constrangida pelo conteúdo da leghemoglobina (Hungria & Vargas, 1999; Serraj et al., 1999).
A não disponibilidade de água acarreta interrupção no transporte dos compostos nitrogenados dos nódulos para a planta, acarretando um acúmulo de amônia (NH3) e
produtos finais nos nódulos, levando ao colapso total da fixação do N2.
2.3 Nitrogênio mineral e inoculação
O feijoeiro exige quantidades relativamente altas de N e K, e quantidades relativamente baixas de P, Ca, Mg, e S (Malavolta & Lima Filho, 1997; Malavolta et al., 1989).
Grande parte dos nutrientes absorvidos, não é exportada pelo grãos, proporcionando a devolução dos restos culturais de aproximadamente 67, 5, 78, 51, 15, 9 kg.ha-1 respectivamente de N, P, K, Ca, Mg e S, equivalente a mais de 50% do montante absorvido. Para uma faixa de produtividade de 0,9 a 2,5 t.ha-1 o conteúdo de macronutrientes em kg.ha-1 da parte colhida, é de 102, 9, 94 e 15 respectivamente para N, P, K, e S (planta inteira), enquanto que nos grãos a quantidade exportada é de 41, 4, 9 e 10 kg.ha-1, respectivamente, para N, P, K, e S.
O P é constituinte dos aminoácidos e das proteínas, e a sua deficiência pode ser o principal fator que contribui com a baixa produtividade do feijoeiro, pois limita crescimento da planta e a FBN (Graham, 1981). Tsai et al. (1993), observaram que a
nodulação e a fixação biológica de nitrogênio para a planta de feijão não foram afetadas pelo aumento quantitativo de P, K e S no solo. Quando a planta recebeu um balanço apropriado de nutrientes não houve nenhuma inibição, mas sim um efeito sinergístico da adubação nitrogenada sobre a nodulação do feijoeiro.
Quando o nível inicial de N disponível no solo é baixo, o período de alta demanda por N pela planta é retardado, podendo reduzir a produção, a nodulação e a fixação de N2 (Eaglesham et. al., 1993).
14
quantidade de N disponível no solo no momento da semeadura, não tem sido considerada.
Chen et al. (1992) e Starling et al. (1998) observaram decréscimo no rendimento
de grãos na cultura da soja quando o nível de N disponível no solo era de 51 kg.ha-1 na profundidade de 0,00-0,40 m e aproximadamente 20 kg.ha-1 na profundidade de 0,00-0,15 m.
A maioria dos estudos sobre aplicação de N mineral e a nodulação tem sido negativa ou não conclusiva (Parker & Harris, 1977; Semu & Hume, 1979; Beverly & Jarrell, 1984; Hardarson et al., 1984; Sorwli & Mytton, 1986; Jensen, 1987; Herridge &
Brockwell, 1988; Imsande, 1992; Ying et al., 1992; Yinbo et al., 1997; Starling et al.,
1998).
Singleton et al. (1999) comparando o rendimento de grãos em uma série de
experiências com leguminosas fertilizadas e não fertilizadas, concluíram que raramente a produção teria aumento pela aplicação N mineral. Rennie & Kemp (1983) testando diferentes variedades de feijão, observaram uma significativa redução na quantidade de N2 fixado mediante aplicação de 40 kg.ha-1 de nitrogênio. Isso foi observado em
as leguminosas não são eficientes na assimilação de nitrato durante a fase de desenvolvimento de vegetativo e a fixação do N2 é sua principal fonte de N (Imsande &
Edwards, 1988; Imsande, 1989). Entretanto, tem sido colocado que o tempo para aplicação de N mineral e mais sério do que o normalmente se assume. Durante o enchimento das vagens a translocação do N foliar para a semente pode auto destruir o aparato fotossintético da planta (Sinclair & De Wit, 1976) acelerando a senescência e reduzindo a taxa fotossintética líquida.
Freqüentemente, no momento em que a planta completou o enchimento das vagens, o N disponível no solo esgotou-se, e o N adicional acumulado pelas leguminosas é oriundo da FBN (Jensen, 1987; Zapata et al., 1987; Van Kessel, 1994; Unkovich, 1997). Como a semente é carente em N, adicionar N mineral pode não mostrar o efeito prejudicial sobre a fixação biológica do N2 nesse estágio fenológico.
2.4 Disponibilidade de nitrogênio
Limitando o revolvimento do solo e a manutenção da cobertura vegetal pode aumentar a viabilidade do solo (Lafond et., 1992) e estimular a demanda de N pela planta e a FBN. A manutenção de resíduos culturais proporcionou a cultura da soja um aumento na porcentagem de FBN de 75% quando conduzida sob sistema convencional de semeadura para 85% quando foi conduzida sob SSD sobre os resíduos vegetais (Wheatley et al., 1995). Similarmente, a nodulação da soja aumentou substancialmente quando o solo e os resíduos vegetais não foram revolvidos e a quantidade total de N fixado passou de 180 para 232 kg.ha-1 (Hughes & Herridge, 1989). Após quatro anos, sob condições ambientais semi-árido, a cultura da ervilha aumentou para 31% a FBN e a lentilha para 10% (Matus et al., 1997). Cultivo de leguminosas só aumentará o N no solo quando a quantia de N removida na colheita for menor que a quantia N que ficará no solo através dos resíduos vegetais. Entre 45 e 75% do N nas leguminosas está na biomassa acima do solo e removido pelo grão na colheita (Beck et al., 1991; Peoples &
16
especialmente nos trópicos. Como alternativa, o não revolvimento dos resíduos e do solo, e plantar diretamente em cima dos resíduos vegetais, protege o solo contra erosão pela ação da água. Além disso, melhora a estrutura do solo, a capacidade de retenção de água, e aumenta o teor de matéria orgânica no solo (Blevins et al., 1977; Kemper &
Derpersch, 1981; Sidiras et al., 1982, citados por Pavan et al., 1985). Vários estudos
também indicam que o não revolvimento do solo e os resíduos vegetais aumentam a quantidade de biomassa e a população de microorganismos no solo (Powlson & Jenkinson, 1981; Alvarez et al., 1995, citados por Ferreira et al., 1999).
Além disso, o declínio da matéria orgânica no solo ocorre após sucessivos cultivos especialmente no trópicos (Boddey et al., 1997; Vlek et al., 1997), isto implica em baixa fertilidade, desestruturação do solo, incapacidade de reter água e baixa atividade biológica. Deve-se ainda considerar que a preservação da matéria orgânica com uma relação C/N adequada é importante para manutenção dos organismos do solo, sem os quais a sustentabilidade dos sistemas agrícolas são inviáveis. Nos sistemas agrícolas cerca 80% do N2 vem da simbiose envolvendo leguminosas com espécies de
Rhizobium sp., Bradyrhizobium sp., Sinorhizobium sp., Azorhizobium sp.,
Mesorhizobium sp.; Allorhizobium sp. (Vance, 1998). A velocidade de decomposição da
vêm apresentando sérios problemas de degradação ambiental e gradativa queda de produtividade.
Concomitantemente à expansão da base tecnológica (químico e mecânica) de elevado custo e demanda energética, houve quase um abandono no uso dos adubos orgânicos, adubação verde, rotação de culturas e demais práticas de cobertura e proteção do solo, bem como do manejo mais adequado dos resíduos vegetais.
Nas condições tropicais, a intensa movimentação do solo destrói a matéria orgânica, a estrutura e os agregados do solo muito rapidamente, tornando as áreas agricultáveis cada vez mais vulneráveis aos fenômenos climáticos, hídricos, e térmicos, acarretando a erosão. Faz-se necessário a formulação de sistemas de produção mais estáveis, que melhor conservem os recursos naturais, que tenham custos mais baixos, e sejam mais eficientes sob a ótica produtiva.
Dentre as diferentes formas de suprimento de matéria orgânica ao solo, uma das mais efetivas é aquela realizada através dos cultivos de deferentes vegetais, ou pelo aporte de resíduos como cobertura morta e pela rotação de cultura, que irão adicionar ao longo do tempo, consideráveis quantidades de carbono orgânico. Essa prática melhora as condições físicas do solo tais como; (a) estrutura, (b) capacidade de retenção de água, (c) consistência, (d) densidade, (e) infiltração, (f ) porosidade, e (g) aeração. Essa melhoria depende basicamente da decomposição de resíduos vegetais (processo esse essencialmente biológico) que disponibilizarão nitrogênio no solo através da mineralização da matéria orgânica e fixação biológica de nitrogênio.
A agricultura depende fixação biológica do N2 (Becker et al., 1995; Roger, 1995;
Vlek et al., 1995; Mccown, 1996; Smil, 1997) e da inoculação de sementes para obtenção do N2 atmosférico como fonte de nitrogênio para as plantas. Nos últimos anos
tem-se notado um recuo na utilização desse recurso, e a variável aceitação por parte dos agricultores na utilização desta tecnologia tem sido reportada (Hall & Clark, 1995).
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quando são introduzidas em áreas novas, ou onde os rizóbios nativos residentes são ineficientes na infecção das raízes. Quando grão-de-bico (Cicer arietinum) e lentilha
(Lens culinaris) foram introduzidos na América do Norte, responderam fortemente a
inoculação (Van Kessel & Hartley, 2000). Nos anos subseqüentes, quando a população residente aumentou em quantidade e competitividade, a fixação de N2 permaneceu, mas
as respostas a inoculação diminuiu. Na Figura 1 são mostrados as variáveis que interferem no processo de fixação biológica do nitrogênio. Entre estas variáveis está o sistema de produção adotado que pode contribuir com a melhoria das qualidades físicas, químicas e biológicas do solo, aumentando a disponibilidade de nitrogênio no sistema.
Figura 1 - Adaptado de Van Kessel & Hartley (2000). Modelo conceitual referente aos principais fatores que exercem influência no controle na fixação de N2 em
leguminosas nos diferentes sistemas de produção.
provavelmente, estão alterando a disponibilidade de micronutrientes essenciais a nutrição do feijão. O molibdênio, o cobalto, o zinco, o cobre, o manganês, e o boro são os elementos mais deficientes, e afeta drasticamente as espécies cultivadas, principalmente nos solos de cerrado. Não há indicações de que haja toxidez ao
Rhizobium, quando a inoculação com Co e Mo é feita imediatamente antes da semeadura
do feijão. Amane et al. (1994) concluíram que o Mo pode substituir a adubação
nitrogenada em cobertura, no entanto a aplicação de Mo foi realizada via foliar aos 25 dias após a emergência, o que de certa forma deixa de fornecer Mo a planta nos estágios iniciais de desenvolvimento. Berger et al. (1996) observaram aumento no rendimento
(2207 kg.ha-1) da variedade cultivada Ouro e Ouro Negro, com a aplicação de 90 kg.ha-1 de Mo via foliar aos 25 dias após a emergência permitindo um aumento de 53% em relação a testemunha em Viçosa, MG. Porém, quando conduziram o mesmo experimento em Coimbra - Mg o rendimento máximo de grãos (1682 kg.ha-1) foi alcançado com a aplicação de 78 kg.ha-1 de Mo, correspondendo a um acréscimo de 63% em relação à testemunha. Quando o solo contém suficiente quantidade de N para suprir a demanda da planta, a quantidade de N2 fixada será pequena, evidenciando que a
nitrogenase é um processo flexível que ajusta a demanda da planta por N (Mengel, 1994) e a quantidade de N2 fixada torna-se muito mais dependente da demanda de N pela
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Caracterização geral da área e do genótipo
O preparo do solo foi constituído de dessecação das plantas daninhas utilizando-se do herbicida glifosate (3,0 L.ha-1 do produto comercial). Em seguida foi realizada a abertura dos sulcos manualmente, com espaçamento de 0,5 m entre linhas. A semeadura foi realizada manualmente em 24 de agosto de 1999, utilizando-se a variedade cultivada Pérola (grupo Carioca), obtendo-se um estande final de 12 plantas por metro linear.
O experimento foi instalado em área pertencente à Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” – Universidade de São Paulo - Campus de Piracicaba
-ESALQ, localizada no município de Piracicaba – SP (latitude 22º 42' 30” S e longitude 47º 38' 30” W), com altitude de 546 m. As médias anuais de precipitação pluvial, temperatura e umidade relativa do ar são 1370 mm, 23,5 oC e 70-80%, respectivamente.
O solo é classificado como tipo Latossolo Vermelho-Escuro, textura argilosa, cujo resultado da análise química para fins de fertilidade, de amostras obtidas na camada de 0,0 a 0,2 m, está relacionado na Tabela 1.
Tabela 1. Propriedades químicas do solo onde foi instalado o experimento.
Ano pH em MO P(resina) K Ca Mg H+Al SB1 T2 V
CaCl2 g.dm-3 mg.dm-3 mmolc.dm-3 %
1994 4,8 20,0 25,0 3,6 36,0 15,0 47,0 54,6 101,6 53,7 1995 5,5 33,0 44,0 5,1 33,7 12,2 31,0 51,0 82,0 61,1 1996 5,2 19,0 30,0 2,7 46,0 16,0 28,0 64,7 92,7 69,7 1997 5,0 20,0 29,0 3,6 51,0 23,0 28,00 77,6 105,6 73,4 1998 5,2 18,0 34,0 5,7 41,0 14,0 31,0 60,7 91,7 66,1 1999 5,8 22,0 21,0 5,4 54,0 29,0 35,3 88,4 123,7 71,5
1 Soma de bases. 2 Capacidade de troca catiônica
3.2 Delineamento experimental e descrição dos tratamentos
O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com nove tratamentos, com quatro repetições. Cada parcela foi constituída por seis linhas de 5 m de comprimento por 3 m de largura. A descrição dos tratamentos utilizados (formas de fornecimento de nitrogênio às plantas) está na Tabela 2.
Tabela 2. Descrição dos tratamentos especificando o produto comercial (Rhizobium
leguminosarum bv. Phaseoly - RL, nitrato de amônio - NA - na semeadura - S -
e em cobertura - C), e a dose.
Produto via Dose
Tratamento
semente solo g/50 kg de semente kg.ha-1 de N
T1 Testemunha - -
T2 RL 400 -
T3 RL NA 400 60 (C)
T4 Co-Mo 116,7 -
T5 Co-Mo NA 116,7 60 (C)
T6 RL+Co-Mo 400+116,7 -
T7 RL+Co-Mo NA 400+116,7 60 (C)
T8 - NA - 60 (C)
T9 - NA - 20 (S)+60 (C)
3.3 Preparo do solo e tratos culturais
Todos os tratamentos foram adubados na semeadura com 80 kg ha-1 de P2O5
(superfosfato simples) e 50 kg ha-1 de K2O (cloreto de potássio) como adubação de
manutenção, e a adubação nitrogenada em cobertura foi realizada 25 dias após a emergência das plantas (estádio fenológico V4).
A inoculação das sementes foi realizada imediatamente antes da semeadura na dose indicada na Tabela 2. As estirpes foram fornecidas pelo Embrapa Arroz e Feijão e foi utilizada uma concentração mínima de 108 células viáveis de RL por g de turfa.
Durante o desenvolvimento da cultura foram realizadas duas aplicações do herbicida fosmesan (0,25 L.ha-1), em pós-emergência, visando o controle principalmente
do picão preto (Bidens pilosa), bem como os tratos fitossanitários visando ao controle de
22
urticae e doenças (Uromyces appendiculatus, Colletotrichum lindemuthianum,
Phaeoisariopsis griseola) que ocorrem na cultura de feijão na região.
O experimento foi conduzido em regime de irrigação, pelo sistema de pivô central. O controle da irrigação foi realizado de acordo com a necessidade da cultura (Frizzone et al., 1982).
3.4 Avaliação agronômica
Por ocasião do florescimento (50% das plantas de cada parcela apresentando pelo menos uma flor aberta), estádio fenológico R6, foram avaliadas as seguintes variáveis:
(a) massa de matéria seca da parte aérea, avaliada em 12 plantas coletadas ao acaso na parcela. Folhas e ramos e raízes foram lavados com água destilada, e secos em estufa com circulação forçada de ar à temperatura de 60-70°C, até massa constante; (b) teor de nitrogênio na planta, utilizando-se as doze plantas oriundas da determinação de massa de material seco, que foram moídas em moinho tipo Willey e submetidas a digestão sulfúrica (Sarruge & Haag, 1974), procedendo-se a destilação em destilador de nitrogênio microkjeldhal; (c) número de nódulos por planta, determinado através da contagem manual de nódulos em seis plantas por tratamento.
Na colheita (após o ponto de maturidade fisiológica das plantas), foram coletadas todas as plantas na área de cada parcela para determinação de: (a) número de vagens por planta; (b) número médio de grãos por vagem; (c) rendimento de grãos, transformando-se a massa de grãos obtidos para kg ha-1 (umidade corrigida para 13%), (d) massa de 100 grãos, coletados ao acaso em duas amostras de 100 grãos por parcela, (e) massa de matéria seca das raízes, avaliada em doze plantas coletadas ao acaso em cada parcela. As raízes foram lavadas com água destilada e secas em estufa com circulação forçada de ar à temperatura de 60-70°C, até massa constante, e (f) massa de matéria seca dos nódulos, avaliado em seis plantas por parcela. Os nódulos após a contagem manual foram secos em estufa com circulação forçada de ar a temperatura de 60-70ºC, até massa constante.
O histórico referente à rotação de culturas executado na área experimental, bem como seu histórico encontra-se na Tabela 3.
Tabela 3. Histórico da área (rotação de culturas sob sistema de semeadura direta).
Ano Inverno Verão
1993 Milho Mucuna cinza
1994 Feijão Pousio
1995 Nabo Milho
1996 Milho Feijão
1997 Aveia Milho
1998 Pousio Milho
1999 Milho Feijão1
1cultura avaliada
Do resultado obtido na análise foliar (estádio fenológico R6), o teor de nitrogênio
na planta (Tn, g.kg-1) e a massa de material seco da parte aérea (MSpa, g.pl-1) foram utilizados para o cálculo do índice de utilização do nitrogênio (IUN, g de N por 100 plantas ou %).
O IUN é a relação entre a massa de matéria seca da parte aérea e teor de nitrogênio na planta, o qual pode ser relacionado com o rendimento de grãos. Para o cálculo do IUN (%) foi então utilizada a seguinte equação:
10 .Tn MSpa
IUN = (1)
3.5 Análise econômica
O levantamento dos dados, para a elaboração da matriz de exigências dos fatores de produção foi feito nas condições do experimento.
O cálculo do custo total de produção foi baseado na metodologia de custo operacional proposta por Matsunaga et al. (1976), contabilizando aqueles custos
24
Para quantificar o custo total, acrescentou-se ao custo operacional, a despesa com depreciação, contribuição a seguridade social rural, encargos financeiros e arrendamento da terra (Martin, 1994).
Os preços dos insumos utilizados referem-se àqueles observados em agosto de 1999. O preço de venda do feijão se refere ao mês de Janeiro de 2000, de acordo com mercado corrente (Brandalizze Consulting, 2000 - Informação pessoal).
O custo operacional (CO) é composto por despesas com mão-de-obra, operações de máquinas e material consumido.
O custo total (CT) é composto pelos seguintes custos: (a) custo operacional (CO); depreciação calculada pelo método linear de máquinas e equipamentos, (c) juros de custeio à taxa de 6% a.a. sobre a metade do CO, destinado a remunerar o capital circulante; (d) contribuição especial à seguridade social rural (CESSR), que corresponde a 2,2% da receita bruta; (e) custo com irrigação e (f) remuneração da terra, que corresponde ao valor do arrendamento vigente na região.
A elaboração desses custos permite análises técnicas à médio prazo, com visão global da atividade. Os indicadores de análise utilizados no trabalho foram os seguintes: (a) receita bruta (RB) igual ao produto de rendimento de grãos pelo preço de venda; (b) receita líquida (RL) igual à diferença entre a RB e o CT, e, (c) índice de lucratividade (IL), igual à proporção da RB, que se constitui em recursos disponíveis, como referência na identificação do desempenho final dos sistemas testados e para remunerar o risco e a capacidade empresarial do produtor.
4.1.1 Massa de matéria seca de parte aérea
Os resultados de massa de matéria seca da parte aérea das plantas, teor de nitrogênio, e número de nódulos encontram-se na Tabela 4.
Tabela 4. Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) do feijoeiro (cv. Pérola), teor de nitrogênio (Tn, g.kg-1) na planta e número de nódulos (Nn) por planta
no florescimento (estádio fenológico R6) referentes aos nove tratamentos.
Piracicaba, SP. 1999.
Tratamento Variável 1Un T
12 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
MSpa** g.pl-1 8,74b 8,66b 10,55b 13,69a 13,57a 11,59a 13,68a 10,64b 8,89b
Tn* g.kg-1 34,72a 34,55a 40,97a 37,30a 38,35a 38,37a 36,55a 38,30a 36,82a
Nn* - 74,07cd 157,70a 99,58bc 161,95a 61,69cd 164,60a 73,59cd 133,9ab 35,57d 1unidade; 2tratamentos: vide Tabela 2; Média seguida pela mesma letra não difere estatisticamente entre si
pelo teste de Tukey. * 5% e **10% de probabilidade.
Houve diferença estatística ao nível de probabilidade de 10%, entre os tratamentos testadospara a produção de massa de matéria seca da parte aérea (Tabela 4). As maiores médias foram obtidas nos tratamentos T4, T5, T6, T7 (estatisticamente iguais
entre si) diferenciando dos demais tratamentos T1, T2, T3, T8, T9 que também foram
estatiticamente iguais entre si. Dentre os tratamentos testados sem adubação nitrogenada e sem cobertura (excluindo a testemunha T1) as maiores médias foram encontradas nos
tratamentos T4 (semente inoculada com Co e Mo) e T6 (semente inoculada com RL, Co e
26
8 , 6 2 b
1 3 , 6 9 a
1 1 , 5 9 a
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6
T 2 T 4 T 6
T r a t a m e n t o
MSpa
Figura 2 - Massa de matéria da parte aérea (MSpa, g.pl-1) nos tratamentos sem adubação
nitrogenada em cobertura (excluindo a testemunha).
Isso indica que a inoculação da semente com Co e Mo atendeu a demanda da planta por nitrogênio, e proporcionou um desenvolvimento superior aos tratamentos T8 e
T9 que receberam adubação nitrogenada e não receberam RL, Co e Mo (Tabela 4).
Os tratamentos T1, T8 e T9 (Tabela 2) foram concebidos em função de representar
uma significativa parcela de produtores brasileiros que utilizam essa prática para o fornecimento de nitrogênio à cultura do feijão. Nesse caso, a massa de matéria seca da parte aérea no tratamento T9, que recebeu adubação nitrogenada na semeadura e em
cobertura, foi igual à massa do tratamento T1, que não recebeu nenhum tipo de adubação
nitrogenada (Figura 3).
O feijoeiro no tratamento T1 apresentou desenvolvimento semelhante aos
tratamento que receberam adubação nitrogenada (T8 e T9) mas que as sementes não
foram inoculadas com RL, Co e Mo (Figura 3).
Isso mostra, que o desenvolvimento da planta no tratamento T1 foi devido única e
exclusivamente ao fornecimento de N pelo solo através do sistema de semeadura direta adotado. Nota-se, que os tratamentos que tiveram os melhores resultados para rendimentos de grãos (T7, T5, T4 e T6) também tiveram os melhores resultados para
massa de matéria seca da parte aérea. Observa-se nesses tratamentos (T7, T5, T4 e T6)
sugerindo que adubação nitrogenada em cobertura pode ser suprimida quando a semente for inoculada com Co e Mo (Figura 4).
8 , 7 4 b
1 0 , 6 4 b
8 , 8 9 b
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6
T 1 T 8 T 9
T r a t a m e n t o
MSpa
Figura 3 - Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) nos tratamentos em que
as sementes não foram inoculadas com RL, Co e Mo na semeadura.
1 1 , 5 9 a 1 3 , 6 9 a
1 3 , 5 7 a 1 3 , 6 8 a
1 0 1 1 1 2 1 3 1 4
T 7 T 5 T 4 T 6
T r a t a m e n t o
MSpa
Figura 4 - Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) nos tratamentos que
apresentaram média superior.
Resultado semelhante foi observado por Amane et al. (1994) quando estudaram o
28
Destaque deve ser dado à forma como foi fornecido o molibdênio. Enquanto Amane et al. (1994) forneceram molibdênio via foliar, neste estudo, o fornecimento foi
através da inoculação da semente imediatamente antes da semeadura. A inoculação da semente com Co e Mo pode substituir a adubação nitrogenada sem prejuízo do desenvolvimento da cultura.
Nos tratamentos T3, T5, T7, que tiveram em comum a adubação nitrogenada em
cobertura, as melhores médias para massa de matéria seca da parte aérea foram obtidas nos tratamentos T5 e T7 (Figura 5), destacando-se a inoculação com Co e Mo.
A inoculação da semente com RL, Co e Mo imediatamente antes da semeadura, e adubação nitrogenada em cobertura não foram antagônicos entre si no tocante ao desenvolvimento da parte aérea da planta. Essa conjugação proporcionou satisfatório desenvolvimento da parte aérea da planta e se constitui numa forma alternativa de suprimento de nitrogênio para a cultura de feijão (inoculação da semente com Co e Mo e adubação nitrogenada em cobertura) (Figura 5).
1 0 , 5 5 b
1 3 , 6 8 a 1 3 , 5 7 a
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6
T 3 T 5 T 7
T r a t a m e n t o
MSpa
Figura 5 - Massa de matéria seca da parte aérea (MSpa, g.pl-1) no tratamentos T3, T5 e T7
4.1.2 Teor de nitrogênio na planta
Com relação ao teor de nitrogênio na planta, não foi observada diferença estatística entre todos os tratamentos, indicando que esse elemento não foi limitante ao crescimento e desenvolvimento da planta.
O tratamento T1 sem adubação nitrogenada e sem inoculação, apresentou teor de
nitrogênio acima do nível crítico de 30 g.kg-1 (Ambrosano et al., 1996), indicando que o
estabelecimento da simbiose com estirpes nativas e a adoção do SSD foram suficientes para atender parte da demanda da planta por nitrogênio, mas não foram suficientemente eficientes para garantir produtividade máxima da variedade cultivada estudada.
Geralmente, as estirpes nativas ou selecionadas de rizóbio são ineficientes e incapazes de suprir as necessidades de nitrogênio, durante todo o ciclo vital da planta (Grahan & Halliday, 1976; Graham & Rosas, 1977; Westermann & Kolar, 1978; Rennie & Kemp, 1983; Redden et al., 1990; Vargas et al., 1991).
Isso reforça a idéia, de que quando o nível inicial de N disponível no solo é baixo, o período de absorção de nitrogênio pela planta é aumentado, podendo reduzir tanto o rendimento de grãos, como a nodulação e a fixação de N2 (Eaglesham et al.,
1983). George & Singleton (1992), utilizando 15N, notaram que o feijão foi mais
eficiente no acúmulo de N mineral do que a soja. Nesse mesmo estudo, George & Singleton (1992) demonstraram que o feijão foi mais “eficiente” em busca do N disponível no solo do que a soja teve biomassa de raiz mais extensa (61%) e maior quantidade de N acumulado por unidade de biomassa da raiz do que a soja.
Isso indica que a maior disponibilidade de N para a planta ocorre através da adoção de práticas culturais que melhoram a qualidade do solo, do que propriamente a melhoria da relação simbiótica entre a planta e o rizóbio.
4.1.3 Números de nódulos por planta
30
1 6 4 , 6 a 1 6 1 , 9 a b 1 5 7 , 7 a
7 4 , 0 c d 1 3 3 , 9 a b
3 5 . 6 d
9 9 , 5 b c
6 1 , 6 c d 7 3 , 5 c d
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0
T 1 T 8 T 9 T 2 T 4 T 6 T 3 T 5 T 7
T r a t a m e n t o
Figura 6 - Número médio de nódulos por planta em todos os tratamentos.
Phia & Munns (1987), comparando o efeito da inoculação, de estirpes nativas e selecionadas em feijão em casa-de-vegetação, verificaram que nenhuma das variáveis de produção e de fixação biológica de nitrogênio avaliadas foram afetadas negativamente pelas estirpes nativas, indicando que o baixo desempenho dos feijões cultivados no campo não pode ser atribuído ao efeito da competição com as estirpes de rizóbio nativo pelos sítios de nodulação na planta.
Assim, a nodulação encontrada no tratamento T1 pode ser atribuída única e
exclusivamente às estirpes nativas presentes no solo, e serviu como um excelente parâmetro para identificar o efeito da inoculação entre os tratamentos testados.
Considerando que na testemunha tratamento T1 houve nodulação o aumento na
quantidade de nódulos encontrada nos tratamentos T2, T4 e T6 pode ser atribuída ao
efeito da inoculação com RL, Co e Mo. Nota-se que houve uma redução na nodulação nos demais tratamentos em relação aos tratamentos T2, T4 e T6. Essa redução é explicada
pela realização da adubação nitrogenada, e pela sua negativa influência sobre a nodulação. O tratamento T9 que recebeu adubação nitrogenada na semeadura e em
cobertura apresentou em média 35,6 nódulos por planta, sendo essa a menor média entre os tratamentos testados. Esses resultados estão de acordo com Mendonça et al. (1998) e
Mendes et al. (1998), que também observaram diminuição da nodulação na presença de
4.1.4 Índice de utilização de nitrogênio
O teor de nitrogênio obtido através da diagnose foliar em todos os tratamentos esteve acima do nível crítico. Isso permite concluir que esse elemento não foi limitante, seja para o desenvolvimento da planta, seja para o rendimento de grãos. Nota-se que os tratamentos que apresentaram os maiores rendimentos, apresentaram também os maiores índices de utilização de nitrogênio, obtidos pelo teor de nitrogênio fixado, presentes na massa de matéria seca da planta no período de florescimento.
A linha de tendência da curva (Figura 7), caso fosse significativa, indicaria que o IUN tem uma correlação positiva com o rendimento de grãos, sugerindo que maiores teores de N fixado no florescimento pode resultar em maior rendimento. Nota-se na Figura 7 que os tratamentos T7, T5, T4, T6 e T9 tiveram as maiores médias para
rendimento de grãos e o IUN, nesses tratamentos, foi em média de 42,3%.
Se considerarmos que o IUN é o produto entre a massa de matéria seca da parte aérea e o teor de nitrogênio na planta, fica claro que a planta está numa dependência direta da biomassa da parte aérea para ter um alto IUN, o que pode possibilitar um maior rendimento de grãos. Assim, o desenvolvimento inicial da planta nos estádios fenológicos (V0 à R5) é de fundamental importância para atingir o estádio fenológico R6
(florescimento) com alta biomassa da parte aérea.
IUN = 0,0765.Rg - 234,44 r = 0,636
0 10 20 30 40 50 60
3450 3500 3550 3600 3650 3700 3750
Rg
IUN
valor médio: 42,3
T9
T7 T5 T4
T6
32
4.2 Avaliação Agronômica na colheita 4.2.1 Massa de matéria seca de raiz
Na Tabela 5 são apresentados os resultados referentes à massa de matéria seca das raízes e nódulos, número de vagens por planta e número de grãos por vagem e rendimento grãos. Cabe salientar que houve diferença estatística entre os tratamentos.
Tabela 5. Massa de matéria seca de raízes (MSr) e de nódulos (MSn), número médio de vagens por planta (Nv) e de grãos por vagem (Ng), massa de 100 grãos (M100) e
rendimento de grãos (Rg) do feijoeiro, cv. Pérola, inoculado com Rhizobium
leguminosrum bv. Phaseoly, Co e Mo nos diferentes tratamentos.
Tratamento
Variável 1Un 2T
1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
MSr 3g.pl-1 1,15a 1,39a 1,49a 1,83a 1,93a 1,33a 2,03a 1,77a 1,78a
MSn 4mg.pl-1 89,9c 130,7ab 16,5d 164,9a 37,4d 162,0a 23,2d 119,0bc 32,1d
Nv 5vg.pl-1 6,8cd 6,3d 7,3bcd 10,8a 9,2abc 8,3abcd 9,5ab 8,77abcd 8,0bcd
Ng 6gr.vg-1 6,1a 6,2a 6,0a 6,3a 6,4a 6,0a 6,6a 5,7a 5,7a
M100 g 32,76a 32,95a 32,64a 32,08a 32,79a 32,64a 32,80a 32,74a 31,50a Rg kg.ha-1 3062ab 2928b 3322ab 3626ab 3670a 3616ab 3691a 3193ab 3493ab 1unidade; 2tratamentos (Tabela 2); 3g.planta-1; 4mg.planta-1; 5vagens.planta-1; 6grãos.vagem-1. Média
seguida de mesma letra não difere estatisticamente entre si pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.
Os efeitos práticos da inoculação pode garantir aumento no teor de molibdênio na semente e refletir em aumento no rendimento de grãos pela melhor fixação de N pela planta (Vidor & Peres, 1988). Como o feijão tem mostrado ser “eficiente” em busca do N disponível no solo (George & Singleton, 1992) a quantidade de raízes na planta vai depender da variedade cultivada que está sendo utilizada e principalmente das condições do solo. Nos tratamentos onde foram encontrados os melhores rendimentos de grãos (T7,
T5, T4, T6 e T9) foram também observadas as melhores médias para massa de matéria
